Travaux pratiques LES DEPENSES ENERGETIQUES DES ORGANISMES
Considéré selon les lois de la physique, un être vivant est un système fournissant du travail. Il dépense donc nécessairement de l’énergie pour fournir ce travail. Chez les animaux, la source d’énergie est constituée par les nutriments, petites molécules organiques réduites résultant de la digestion des aliments. Leur énergie chimique en est extraite principalement par la respiration. Schématiquement, il s’agit d’un mécanisme d’oxydation complète des nutriments utilisant l'oxygène moléculaire selon l’équation-bilan suivante :

C6H12O6 (glucose) +   O--------->    CO2 +    H2O + 2860 kJ

1. Equilibrer l’équation-bilan ci-dessus

Par convention, on appelle intensité respiratoire la quantité de dioxygène consommée par unité de temps et par unité de masse de l'animal (intensité respiratoire = IR). Elle permet de calculer la dépense énergétique de l'animal si l’on connaît la nature du substrat énergétique utilisé par les cellules. Chez l’homme, dont l’alimentation est diversifiée (glucides, lipides et protides), la consommation d’un litre de dioxygène correspond à une libération moyenne d’énergie de 20 kJ.

Cette valeur qui diffère selon le substrat consommé est appelée coefficient thermique de l’oxygène et peut être calculée à partir des équations-bilans d'oxydation complète des nutriments.

2. Calculer le coefficient thermique de l’oxygène pour le glucose et pour la trioléine (triglycéride de formule brute C57H104O6 , 35 160 kJ par mole).

3. Identifier les principales activités physiologiques de l’organisme qui dépensent de l’énergie.

Problème
Compte tenu des informations précédentes, quels principes de mesure sont envisageables pour déterminer les dépenses énergétiques d’un organisme ?

Mesure des dépenses énergétiques chez l'homme

Principe
La consommation d'oxygène est estimée à partir de la concentration en dioxygène dans l'air expiré mesurée par une sonde oxymétrique. Une turbine mise en mouvement par l'air expiré en mesure le volume. À partir de ces données, un logiciel spécifique (METHOR, MICRELEC) mesure la consommation d'oxygène moléculaire par unité de temps. En outre, à partir des données entrées manuellement sur le sujet (masse et taille) il calcule également l'énergie mise en jeu.

Protocole

Choisir un sujet sur qui seront faites les mesures et un opérateur pour l'ordinateur.

Lancer le logiciel.
Étalonner la sonde oxymétrique en suivant les indications données par le logiciel.
Paramétrer le logiciel pour une mesure de 3 minutes et donner les indications demandées (masse et taille du sujet).
Le sujet se place assis, au repos, détendu au maximum.
Il inspire par le nez et expire par l'embout placé à l'extrémité du tube, régulièrement.
Enregistrer les résultats.
Le même sujet se place debout, attend 30 secondes puis effectue, tout en expirant dans le tube, vingt flexions en dix à quinze secondes.
Enregistrer les résultats.

Analyse des résultats
Imprimer les deux graphiques.

4. Comparer les résultats obtenus dans les deux situations.

5. En déduire une estimation de la dépense énergétique minimale quotidienne du sujet (appelée métabolisme basal).

6. En déduire la puissance énergétique au repos.

7. Calculer la masse de glucose qui serait nécessaire pour couvrir cette dépense si le glucose était la seule source d'énergie disponible.

Recherche personnelle

Établir la liste des aliments consommés dans une journée "moyenne".

Calculer leur valeur énergétique en tenant compte de la masse consommée.

En déduire l'apport énergétique correspondant.

Comparer avec l'estimation du métabolisme basal obtenue pour le sujet.

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